遥感与土壤湿度监测

土壤湿度是干旱的指标之一，是气候、水文、生态、农业等领域的主要参数，在地表与大气界面的水分和能量交换中起重要作用。在气候领域，土壤含水量决定太阳辐射能用于潜热和显热的比例，影响土壤的蒸发和植被的蒸腾；在水文方面，土壤含水量与降雨径流和入渗密切相关；对于生态环境，土壤含水量是决定土地沙化、植被覆盖、干旱的重要因素之一;在农业生产上，土壤水分是农作物发芽、生长发育的基本条件，而它对降水和灌溉后的径流、渗漏、重新分布、排水的储存等也是相当重要的。同时，土壤湿度还影响土壤侵蚀和蒸发，是灌溉管理和产量预报模式中的重要参量，是气候、水文、作物生长模拟等模型中的重要初始参数，旱情监测主要针对农业耕地，通常以耕层土壤含水量为指标。因此，土壤水分含量估测是旱情监测的基础。

土壤含水量的获取方法可分为3类；田间实测法、土壤水分模型法和遥感法[]。田间实测法包括重量法、中子仪法、张力计法、伽马射线衰减法、电磁技术法和湿度计法等。田间实测法可以准确估测土体剖面的含水量，但仅限于单点，需要大量人力和物力，费时、成本高，采样速度较慢，其范围有限，且由于土壤、地形、植被覆盖上的空间恋异使单点的代表性差，限制了它的应用范围。

土壤水分模型法是根据物质守恒定律，建立水分平衡方程来求解土壤湿度。由于模型考虑的驱动因子的详尽程度和时间变化不同，不同的作者提出了不同的模型。它们的区别在于：潜在蒸散的计算方法、入渗和径流的计算方法、瞬间蒸发和降水的定义、步长（小时、天）、饱和与非饱和、土壤层次（单层、双层、多层）、土壤蒸发和植被蒸腾的计算方法、土壤热特性、边界条件、模型算法（数值近似解、解析解）。该模型方法的优点是；不用田间观测即可提供适时的土壤湿度信息，快速、可预测，提供面信息；缺点是：需要大量气象数据支持，参数复杂、难以确定，估测误差较大。

土壤湿度的遥感法是通过测量土壤表面发射或反射的电磁能量来估算土壤的湿度。国内外研究土城含水量所涉及的遥感波段很宽，从可见光、近红外、热红外到微波都有一定的研究，因此遥感方法可分为以下几种。

（l）可见光和近红外：利用植被指数监测旱情。

（2）热红外：通过测量地表温度日变幅、地表昼夜温差以及冠层与空气温差，估测土壤湿度。

（3）微波：通过测量雷达后向散射系数以及测量微波辐射和亮温，计算土壤湿度。

（4）可见光、近红外和热红外：利用植被指数与地表温度的关系估测土壤湿度。

（5）可见光、近红外和微波：利用可见光和近红外信息估测植被覆盖，用微波估算粗糙度和土壤水分。

遥感方法可以快速获得大面积的土壤水分信息，成本低，但由于模型的复杂程度不同，因此适用范围和精度各异。